光刻机产业深度系列专题报告（一）：“进制程关键步骤，半导体设备明珠，光刻机市场迎国产化机遇

优于大市 先进制程关键步骤，半导体设备明珠，光刻机市场迎国产化机遇 核心观点 行业研究·行业专题 电子·半导体 光刻是先进制程的关键步骤，半导体产业的基石。光刻是一种图像复制技术，在芯片制造过程中耗时最长，成本占比最高。作为先进制程的关键步骤，光刻分辨率决定了元件的最小特征尺寸与芯片的集成度。根据瑞利准则，可以通过缩短光源波长、增大数值孔径、减小光刻工艺因子提高光刻分辨率，进而提升芯片的性能。光刻技术作为半导体产业的基石，一般用工艺节点反应半导体行业发展水平，28nm是工艺节点的重要分水岭，在性价比方面与下一代工艺有着较大差异。 优于大市·维持 证券分析师：胡慧021-60871321huhui2@guosen.com.cnS0980521080002 证券分析师：胡剑021-60893306hujian1@guosen.com.cnS0980521080001 证券分析师：张大为021-61761072zhangdawei1@guosen.com.cnS0980524100002 证券分析师：叶子0755-81982153yezi3@guosen.com.cnS0980522100003 光刻机为半导体设备皇冠上的明珠，光学系统是其最重要的子系统之一。光刻机作为所有半导体制造设备中难度最高、最难突破的一环，占晶圆生产设备总市场的24%。从UV到EUV，光刻机经历了五代发展和进化，每次光源的改进都显著提升了光刻机所能实现的最小工艺节点。根据前瞻研究院数据，光刻机由光源、曝光和双工作台三大核心系统组成，一台EUV光刻机内含有超10万个精密零部件，全球供应商超过5000家。其中光学系统最重要的子系统之一，约占整体光刻机成本的30%。 证券分析师：詹浏洋010-88005307zhanliuyang@guosen.com.cnS0980524060001 全球光刻机千亿人民币市场规模且保持高速增长。市场规模方面，2011年光刻机市场规模257亿美元。根据MarketIntelligence，预计2022-2028年全球光刻机市场规模CAGR有望达到6%。出货量方面，ASML、Nikon、Canon三大光刻机供应商占据了99%以上市场份额，出货量稳步提升，2019-2023年CAGR达16.75%。按供应商分类，ASML出货量增长最为明显，近五年光刻机出货量CAGR达18.33%。平均售价方面，EUV光刻机单价增长明显，ASP由2018年的1.0亿欧元提升至2023年的1.7亿欧元，其余价格较为稳定。 资料来源：Wind、国信证券经济研究所整理 ASML、Nikon、Canon三大光刻机供应商占据主要市场，ASML为行业龙头。光刻机行业属于寡头垄断格局，市场份额集中，ASML出货量市占率63%，营收市占率81%。在高端光刻机（EUV、ArFi、ArF）市场，ASML的出货量占据优势，市占率分别为100%/95%/87%。2006-2023年，ASML总计投入研发费用245.48亿欧元，平均研发费用率达到15.5%。持续高强度的研发投入使ASML在高端光刻机领域构建起绝对领先的技术壁垒，市占率有望继续巩固。Nikon和Canon则凭借价格优势占据中低端光刻机（KrF、i-line）市场。 相关研究报告 《半导体三季报业绩综述：收入和归母净利润均同比增长，毛利率同环比提高》——2024-11-10《半导体11月投资策略：全球半导体销售额创季度新高，继续推荐细分龙头》——2024-11-07《半导体10月投资策略：8月全球半导体销售额创历史新高，推荐细分龙头》——2024-10-06《CIS行业专题：影像技术路线分化，国产龙头加速赶超》——2024-09-24《半导体行业专题：先进封装超越摩尔定律，晶圆厂和封测厂齐发力》——2024-09-19 国产光刻机空间广阔、任重道远。陆资晶圆代工厂产能持续扩张带动光刻机需求提升，美日荷对华先进制程封锁，光刻机国产化势在必行。上海微电子作为目前国内唯一前道光刻机整机制造商，其自主研发的600系列前道光刻机可批量生产90nm工艺的芯片，500系列后道制造光刻机占据80%以上国内市场。国产供应链方面，科益虹源作为我国唯一、全球第三家从事光刻准分子激光技术全链条研发的公司，193nmArF准分子激光器完成出货。国望光学研发面向28nm节点的ArFi光刻曝光光学系统，国科精密团队成功研制国内首套NA0.75ArF曝光光学系统。华卓精科与清华大学团队持续攻坚浸没式光刻机用双工件台DWSi。 产业链相关公司：茂莱光学、福晶科技、福光股份、腾景科技、波长光电、永新光学、蓝特光学、炬光科技、赛微电子等。 风险提示：国外顶尖制程工艺再度突破；国产光刻机研发及落地不及预期；下游需求疲软，晶圆代工厂扩产不及预期；光刻机出口管制进一步加剧。 内容目录 光刻技术简介..........................................................................6光刻的工艺水平决定芯片的制程与性能....................................................8制程技术决定半导体行业的发展水平.....................................................10多重曝光工艺可跨越光刻机极限分辨率，实现更小线宽.....................................12 光刻机详解：半导体制造业皇冠上的明珠，光学系统为重中之重.....................14 发展历程与趋势：从UV到EUV，正在向High-NAEUV发展..................................14产业链涉及范围广，所需供应组件众多，供应链管理难度高.................................15整体结构：多种先进系统的精准组合.....................................................16光源系统：稳定产生特定波长的光线.....................................................17照明系统：优化成像过程...............................................................18投影物镜系统：实现光线的聚焦.........................................................19工作台系统：承载晶圆、精确对准.......................................................21 千亿市场高速增长，一超两强三分天下...........................................22 市场规模：千亿市场高速增长...........................................................22竞争格局：三大供应商占据主要市场，ASML为绝对龙头....................................24 国产光刻机空间广阔、任重道远.................................................27 中国除港澳台地区光刻机进口规模大，替代空间广.........................................27陆资晶圆代工厂需求持续增高...........................................................28美日荷对华先进制程封锁，光刻机国产化势在必行.........................................30举全国之力，国产光刻机产业链实现部分突破.............................................30 产业链相关公司概览...........................................................34 茂莱光学（688502.SH）：精密光学方案商赋能国产I线曝光物镜............................34福晶科技（002222.SZ）：立足晶体元件，布局超精密光学业务..............................34福光股份（688010.SH）：特种及民品光学镜头领先者......................................35腾景科技（688159.SH）：深入研发光刻机合分束器项目....................................35波长光电（301421.SZ）：大孔径光学镜头进入半导体产业链................................36永新光学（603297.SH）：光学精密仪器及元组件供应商，产品可用于半导体领域..............37蓝特光学（688127.SH）：领先的光学产品制造企业，纳米级光刻机镜头系统在研..............37炬光科技（688167.SH）：供应光刻机用光场匀化器，拟向光刻制程设备微透镜阵列拓展........38赛微电子（300456.SZ）：全球MEMS代工龙头，高端光刻机微镜主要供应商...................39 图表目录 图1：摩尔定律............................................................................6图2：相机原理示意图......................................................................7图3：光刻原理示意图......................................................................7图4：半导体芯片制造流程..................................................................8图5：瑞利准则概述图......................................................................8图6：孔径角示意图........................................................................8图7：光刻机光源波长λ变化趋势............................................................9图8：光刻机数值孔径NA变化趋势...........................................................9图9：晶体管的栅极长度示意图.............................................................11图10：ASML对客户节点演进的预测..........................................................11图11：LELE工艺示意图....................................................................12图12：SADP工艺示意图................................................................